[发明专利]用于燃气涡轮燃烧器衬套的压力调节活塞密封件

说明书

一种密封组件，其用于在燃气涡轮中的燃烧器衬套和下游部件(例如第一级涡轮喷嘴)的界面处密封燃气涡轮热气体路径流。所述密封组件包括限定腔体的活塞环密封壳体以及设置在所述腔体内的活塞环。活塞环围绕燃烧器衬套周向地设置。活塞环响应调节压力以确保活塞环与燃烧器衬套的外表面的密封接合。密封组件包括一个或多个分段通槽、凸块或通道特征结构中的至少一种，以提供离开压缩机流到腔体的高压(Psubgt;高/subgt;)旁路空气流的流动通过。高压(Psubgt;高/subgt;)旁路空气流对活塞环施加径向力。

技术领域

本公开主要涉及涡轮发动机燃烧器，更具体地涉及用于燃烧器衬套的活塞密封组件。

背景技术

燃气涡轮发动机以燃烧器为部件。空气进入发动机并通过压缩机。压缩空气被引导通过一个或多个燃烧器。在燃烧器内有一个或多个喷嘴，用于将燃料引入通过燃烧器的空气流中。所产生的燃料-空气混合物在燃烧器中由点火器点燃以产生约1100℃至2000℃范围内的热加压燃烧气体，所述燃烧气体膨胀通过涡轮喷嘴。燃烧的空气-燃料混合物通过涡轮喷嘴排出燃烧器，涡轮喷嘴将流引导至下游的高压和低压涡轮级。在这些级中，膨胀的热气体对涡轮叶片施加力，从而提供额外的旋转能量，例如以驱动发电机。

涡轮发动机操作员期望高效率，同时实现低排放。至少一些已知的涡轮发动机在流体流动路径中包括多个密封组件，以有助于提高涡轮的操作效率。例如，一些已知的密封组件联接在发动机的静止部件和发动机的旋转部件之间，以在高压区域和低压区域之间提供密封。在至少一些已知的燃气涡轮发动机中，在相邻级的静态部件之间或在级内的部件之间设置密封件。

特别感兴趣的是涡轮发动机的燃烧器，并且更具体地，诸如陶瓷基质复合材料(CMC)的燃烧器衬套，相邻的第一级涡轮喷嘴以及在它们之间形成的活塞密封件。典型地，燃烧器衬套包括位于衬套后端上的密封壳体支撑件，其在衬套后端与相邻的第一级涡轮喷嘴连接。活塞密封件形成在它们之间以提供在燃烧器衬套和第一级涡轮喷嘴之间流动的冷却旁路流的密封和控制。通过活塞密封件的冷却流量在沿流动路径冷却机械部件中起着重要作用。需要充足的冷却流来确保可接受的使用寿命，而过多的冷却流会导致压缩机空气的浪费。

传统的燃烧器衬套活塞密封件通常由活塞环密封壳体和提供用于在燃烧器衬套的外表面和活塞环密封壳体之间密封的活塞环组成。当活塞环密封壳体倾斜或旋转时，传统的活塞密封件常常失效。更具体地，传统的活塞密封件设计通常允许活塞环密封壳体在起飞状态期间相对于活塞环的最小程度的旋转(倾斜)。活塞环密封壳体与活塞环之间的较大程度的相对旋转导致活塞环阻塞活塞环密封壳体的前壁与活塞环之间所需的间隙。所述间隙允许来自上游压缩机的高压(P_高)压缩机空气流的一部分作为高压(P_高)旁路流通过。高压(P_高)旁路流确保足够的力作用在活塞环上，以将活塞环接合在燃烧器衬套外表面上和活塞环密封壳体的后壁上，并在它们之间形成密封。响应于所述间隙的阻塞，活塞密封件不再充分地密封，并且密封件的泄漏明显高于期望的泄露。缺乏足够的密封不仅会浪费穿过其中的压缩机空气，而且还可能改变涡轮发动机的热传递设计点。

因此，期望的是提供一种改进的活塞密封件，其用于涡轮各级之间的密封，更具体地，用于涡轮发动机的燃烧器衬套和第一级涡轮喷嘴之间的密封。期望的是活塞密封件在所有飞行状态期间提供泄漏控制。更具体地，期望的是提供一种活塞密封件，其在起飞状态期间响应于活塞环密封壳体相对于活塞环的相对旋转和运动，或反之亦然。

发明内容

本公开的各种实施例包括用于燃气涡轮发动机的活塞密封件，其包括用于通过压力调节来控制这种密封的装置。

根据一个示例性实施例，公开了一种密封组件，其用于在燃气涡轮中的燃烧器衬套和下游部件的界面处密封燃气涡轮热气体路径流。密封组件包括活塞环密封壳体和活塞环。活塞环密封壳体中限定有腔体。活塞环设置在活塞环密封壳体的腔体内并且周向地围绕燃烧器衬套。活塞环响应于调节压力以确保活塞环与燃烧器衬套的外表面的密封接合。活塞环包括至少一个弧形密封环区段。